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1、第六章 驱动控制n一、一、概述概述 n二、二、驱动控制（驱动控制（ASR）原理与控制方法）原理与控制方法n n三、三、ASR与与ABS控制算法的比较控制算法的比较 一、概述一、概述n汽车真实的运动状态是否与驾驶员的意图一致取决于：n1）驾驶员判断的正确性（经验）。n2）驾驶员的动作和他的意图是否能达到一致（经验和反应速度）。n3）汽车系统是否处于可控状态。n要使汽车处在可控状态，车轮的滑转或滑转率必须控制在允许的范围之内，而精确及时地控制滑转率，驾驶员是难于做到的。 概述概述n驱动控制装置（Anti-Skidding Restraint,Traction Control,简称ASR或TRC），
2、用于防止汽车加速、起步过程中的滑转，特别防止汽车在非对称路面或在转弯时驱动轮的空转，以便保持方向稳定性、操纵性和最佳驱动力。 概述概述n目前，通常采用两种方法防止驱动轮滑转：n1）制动控制方式，即对将要空转的驱动轮施加制动力。n2）发动机转矩控制，即调节发动机输入到驱动轮上的转矩。n制动控制方式比发动机控制方式响应速度快，且能对每个驱动轮进行独立控制，但发动机控制可以节能。两种方法可单独使用，也可组合使用。 二、驱动控制（二、驱动控制（ASR）原理与控制方法）原理与控制方法二、驱动控制（二、驱动控制（ASR）原理与控制方法）原理与控制方法n（一）发动机转矩调节方式发动机转矩调节方式 n1、控制
3、燃油喷射和点火时间控制燃油喷射和点火时间 n滑转率计算： 其中， ：主动轮旋转速度； ：从动轮旋转速度。控制燃油喷射和点火时间控制燃油喷射和点火时间n设期望滑转率为 ，则发动机转矩控制规律为：减小发动机转矩 增加发动机转矩 减小发动机转矩输出最简单的方法是停止某些缸喷油，如四缸机可将发动机转矩分为4级。 控制燃油喷射和点火时间控制燃油喷射和点火时间n为达到控制更为精细的目的，可采用双循环燃油中断喷射法，这样四缸机可得到8级控制的发动机转矩输出。同理，采用多循环燃油中断喷射法可以得到更多级的转矩输出。但随着级数的增加，控制成本随之增加。 n采用中断喷油法和延迟点火组合方式能够快速实现发动机转矩控
4、制，但发动机控制系统要做相应的调整。 2、节气门调节方式节气门调节方式 n上述方法不需要增加硬件，但发动机噪声大，运转不平稳。因此，目前更广泛采用的是节气门调节方式。 n节气门调节方式是采用步进电机驱动副节气门来实现的，所以这种方式响应较慢。 （1）控制算法 n驱动轮的理想速度： 式中，：汽车行驶速度；：驱动轮期望的滑转率。 节气门闭环控制规律为： 式中，、：驱动轮实际速度；：驱动轮目标速度；：节气门开度角；：节气门的初始角。：为反馈控制增益； 控制算法n上式即为PI控制器。由于传感器信号的噪声和路面的扰动，无法采用微分项。n实验证明，仅仅通过整定反馈增益对驱动控制不会有明显的改善。还必须对发
5、动机采用其它控制方式和正确选定节气门的初始角。 （2）初始角的自适应控制 n从节气门动作到发动机转矩降低，不可避免地存在滞后时间。为了抵消这一时间滞后，在ASR模式启动瞬间，可采用供油中断法使发动机转矩迅速降低。供油中断法作用时间取决于步进电机把副节气门驱动到初始角的时间。所以，应合理选择初始角。n节气门的初始角应是路面附着系数和发动机当前转速的函数。这只是一个定性关系，定量描述涉及许多因素。在实际控制中，一般通过试验研究，建立这一关系的参照表格。（3）阶跃关闭节气门开度 n车辆在行驶过程中，经常遇到路面附着系数从大到小的跃变，如汽车从积雪路面行驶到结冰路面。这时一般采用喷油中断法立即减小发动
6、机的转矩输出，但此时为了与闭环控制相适应，必须中断喷油结束后使副节气门阶跃关闭相应的角度。关闭角度的大小与供油中断命令的时间间隔相关。（4）爬行转矩的驱动控制 n有时在某种路面条件下，即使当副节气门处在全关闭状态，所得到的爬行转矩仍然太高。这时只有采用供油中断法减小驱动轮的滑转率。这一控制策略的另一个优点是，轮胎滑转的噪声随之降低。 （5）自适应反馈增益n所谓自适应反馈增益，就是实时估算路面附着系数，来自动调节反馈增益大小。n为提高汽车的加速性能，应采用非对称反馈增益。即在相同情况下，如驱动轮速在目标车速之上，采用较小的增益；在目标车速之下，采用较大增益。（6）总体控制策略n上述25的自适应逻
7、辑条件综合起来，得到驱动控制总体方案。需要指出的是：供油中断方式在某些情况下（如发动机温度过低、转速过低）不能采用时，则采用点火延迟控制来改善驱动控制的响应速度。n采用节气门与发动机管理系统进行综合驱动控制，其效果非常接近制动控制方式，且能耗较低。小结n基于节气门和发动机管理控制的驱动控制性能几乎达到制动控制的水平，而实现的成本比制动控制方式低。且消除了纯粹的供油中断方式的噪声和振动。但这种控制方式和其它基于发动机转矩控制方式一样，在非对称路面的效果不好。（二）采用制动方式的驱动控制采用制动方式的驱动控制n1、ASR系统建模系统建模n有发动机模型、传动系模型、汽车模型等（略）n2、ASR逻辑控
8、制算法逻辑控制算法n防滑控制也可采用类似于ABS的逻辑门限方式。这种控制算法简单、可靠性强、便于实现。另外，防滑控制与防抱制动集成于一体，算法类似，可以大大简化程序结构。 ASR控制算法和和车轮运动状态控制命令驱动轮制动缸小步长增压驱动轮制动缸小步长减压驱动轮制动缸大步长减压驱动轮制动缸大步长增压或3、性能试验性能试验n直接进行道路试验工作量很大，也不容易实现一个典型的试验环境。一般采用有硬件系统与计算机混合的仿真系统。硬件系统为真实的ASR装置，计算机模拟部分为汽车模型、控制算法、轮胎与路面相互作用模型及发动机模型。要求模拟系统完成一步计算所需的时间应小于等于实时控制的时间。 （三）组合控制
9、及实例组合控制及实例 n上述两种驱动控制方式各有优缺点，因此，为了实现驱动力最佳控制，即最大限度地提高汽车的经济性、动力性、方向稳定性及可操纵性，通常采用发动机转矩与车轮制动的组合控制方式。nCrown ASR控制系统nLexus ASR控制系统（四）实现实现ASR不同方式的性能比较不同方式的性能比较 nASR系统的本质是：n1）控制作用在驱动轮上的转矩。n2）在非对称路面，对传到驱动轮上的转矩实现最佳分配，从而改善汽车的加速性，方向稳定性和操纵性。n实际上还有其它方法可满足上述要求，但在汽车上究竟采用哪种方式，则取决于许多因素，如汽车本身的结构、成本和可靠性、是否会产生有损于舒适性的负效应等
10、。实现ASR控制的各种不同方法的性能比较 性能指标控制方式操纵性 稳定性驱动力舒适性传动系载荷系统负责程度RWDFWD节气门（）喷油点火时间000制动（单轮）*节气门制动（单轮）节气门喷油、点火时间0节气门喷油、点火LDS（）注：*表示仅在低速下是可行的；表示很好；（）表示好；RWD表示后轮驱动；FWD表示前轮驱动；表示较好；0表示一般；表示不好；表示很不好；表示非常不好；LDS表示限滑差速器。三、ASR与与ABS控制算法的比较控制算法的比较nASR控制与ABS控制相比，其控制算法有相同的地方，也有不同的地方，既有它简单的方面，又有它复杂的方面。nASR和ABS虽然都是最佳利用路面附着系数，但两者所利用的区间不同，附着系数的理想工作点也不同。ABS控制的是车轮的滑移率，并把滑移率控制在附着系数曲线的峰值；而ASR控制的是车轮的滑转率，通常把滑转率控制在10左右。
